Научно-техническая разработка модельного ряда СМ ЭВМ для верхних уровней АСУ тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.15, кандидат технических наук Котов, Николай Алексеевич

• Котов, Николай Алексеевич
• кандидат технических наук
• 2004

Оглавление диссертации кандидат технических наук Котов, Николай Алексеевич

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА I. СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ.

1.1. Современная концепция автоматизированных систем управления производством.

1.2. Основные принципы построения вычислительных комплексов для автоматизированных систем управления на примере

СМ ЭВМ.

1.3. Постановка задачи работы.

ГЛАВА II. НЕКОТОРЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ВОПРОСЫ АНАЛИЗА

ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ.

2.1. Методика прогнозирования оптимального состава компонентной базы вычислительных систем.

2.1.1. Предварительные замечания.

2.1.2. Общее описание методики.

2.2. К выбору вычислительных алгоритмов централизованного контроля вводимой измерительной информации в АСУ ТП.

2.2.1. Предварительные замечания.

2.2.2. Вычислительные алгоритмы для централизованного контроля

ГЛАВА III. РАЗРАБОТКА НОВЫХ МОДЕЛЕЙ СМ ЭВМ ДЛЯ

ВЕРХНИХ УРОВНЕЙ АСУ.

3.1. Модели компьютеров СМ ЭВМ для рабочих станций операторов-технологов и административно-хозяйственных подразделений.

3.2. Серверные системы СМ ЭВМ.

3.3. Соображения по выбору вычислительной техники зарубежных фирм, применяемой в многоуровневых

АСУ совместно с СМ ЭВМ.

3.4. Вопросы оценки качества производства модельного ряда

СМ ЭВМ.

ГЛАВА IV. ПРАКТИЧЕСКИЕ ПРИМЕНЕНИЯ МОДЕЛЕЙ СМ ЭВМ

В АСУ.

4.1. Автоматизированная система контроля энергоресурсов.

4.2. Автоматизированная информационная система для медицины.

4.3. Области применения разработанных моделей СМ ЭВМ.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Научно-техническая разработка модельного ряда СМ ЭВМ для верхних уровней АСУ»

Одной из важнейших проблем сегодняшнего дня и ближайшего будущего России является срочная необходимость возрождения производства на основе улучшения качества и конкурентоспособности выпускаемой продукции. Этого можно достичь только путем высокоэффективной автоматизации промышленного производства.

Основной технической базой для построения автоматизированных систем управления (АСУ) в 70 - 80-х годах в нашей стране были вычислительные комплексы СМ ЭВМ. Это ряд машин СМ 4, СМ 1420, СМ 1700, СМ 1800 и др., различающихся быстродействием, объемом оперативной и внешней памяти, набором устройств связи с объектом и другими характеристиками, что позволяло использовать управляющую вычислительную технику с максимальным эффектом в конкретном системном применении. Эти вычислительные комплексы к настоящему времени устарели морально и физически, хотя они и сегодня еще эксплуатируются на некоторых электростанциях и предприятиях тяжелого машиностроения.

Вследствие объективных процессов, происходящих в экономике России, в течение длительного времени подобного рода разработки практически не производились или не внедрялись в массовое производство. Массовым в это время стало применение импортной компьютерной техники. Зарубежные фирмы поставляют узлы и ЭВМ, необходимые для создания автоматизированных систем управления.

В тоже время, поскольку в некоторых областях хозяйственной деятельности существуют объективные ограничения, требующие применения отечественной вычислительной техники, а потребность в управляющей вычислительной технике постоянно растет с развитием производства, растет и актуальность создания отечественной управляющей вычислительной техники. Постепенный переход к использованию отечественных разработок, является, по нашему мнению, стратегической задачей.

В этой связи воссоздание ряда машин СМ ЭВМ на новой элементной базе и с современным программным обеспечением является актуальной и важной проблемой.

Современные автоматизированные системы управления позволяют, во многих случаях, благодаря локальным промышленным сетям, выполнять функции контроля и управления исполнительным оборудованием удаленно, вне производственных помещений. Это побудило многих пользователей к применению в качестве базовых средств АСУ широко доступных и недорогих персональных компьютеров (ПК). Однако далеко не всегда удается создать на базе обычного ПК надежную систему управления, действующую непрерывно и в реальном времени. Проблема здесь в балансе между офисными и промышленными технологиями. В этой связи актуальным представляется разработка компьютеров общего назначения в соответствии с принципами СМ ЭВМ для использования на верхних уровнях АСУ в качестве серверов, а также рабочих станций операторов-технологов и диспетчеров. Такие компьютеры дополнят разработанные в последние годы управляющие промышленные комплексы СМ 1820М и ряд программируемых контроллеров СМ 9107, СМ 1820М.ПК, СМ 9166. Это позволит на единой базе средств СМ ЭВМ синтезировать сложные иерархические системы автоматики с распределенной обработкой данных на нижнем уровне и многотерминальным доступом на средних и верхних уровнях.

Целью диссертационной работы является разработка нового ряда машин общего назначения в соответствии с принципами СМ ЭВМ, отвечающих требованиям применения на верхних уровнях автоматизированных систем управления производством.

В связи с поставленной целью работа предполагает решение следующих основных задач:

- Анализ современных подходов к построению автоматизированных систем управления производством и выбор принципов построения вычислительных средств для верхних уровней АСУ.

- Анализ и выбор схемотехнических и конструкторско-технологических решений при создании нового поколения СМ ЭВМ.

- Разработка ряда машин СМ ЭВМ общего назначения на новой элементной базе и с современным программным обеспечением для верхних уровней АСУ предприятия.

- Анализ экономических вопросов производства и вопросов сертификации разработанных моделей СМ ЭВМ.

- Практическое использование разработанных моделей СМ ЭВМ при построении различных многоуровневых интегрированных АСУ.

Методы исследований. В основе исследований, выполненных в диссертационной работе, лежит теория систем, методы эвристического прогнозирования, аппарат теории вероятностей, вычислительные методы, основанные на конечных разностях, методы проектирования средств вычислительной техники.

Научная новизна заключается в решении ряда новых вопросов, связанных с проектированием вычислительной техники для автоматизированных систем:

- Установлены принципы и предложены новые технические решения, принятые при создании модельного ряда СМ ЭВМ общего назначения для многоуровневых АСУ.

- Развиты принципы автоматизированного контроля параметров объектов различного класса, ориентированного на аппроксимирующие алгоритмы. Предложен оригинальный вычислительный алгоритм контроля и ре1улирования параметров технологического процесса.

- Разработана методика прогнозирования экономической конъюнктуры при производстве компьютеров общего назначения заданной конфигурации. Разработан и реализован новый подход к формированию конфигурации СМ ЭВМ на этой основе.

Практическая реализация результатов работы. Результаты диссертационной работы получены в Институте электронных управляющих машин в рамках Федеральной целевой программы «Реструктуризация и конверсия оборонной промышленности».

Базовый комплект ЭВМ серии «СМ» имеет сертификат соответствия № РОСС Яи.МЕ 61. В01030 со сроком действия по 08.06.2004 г., выданный органом по сертификации телевизионной, радиоэлектронной, электротехнической и медицинской аппаратуры. Выпускается серийно, ТУ 4013-00146493083-01, изготовитель «Велес-дата. Компьютерный центр».

Разработанный модельный ряд СМ ЭВМ, совместно с существующими промышленными контроллерами и управляющими вычислительными комплексами марки СМ, образует функционально полный набор оборудования для широкой сферы применения - от управления промышленными объектами, до создания корпоративных информационных систем.

Практическая реализация результатов работы подтверждается прилагаемыми к диссертации документами.

Апробация работы. Материалы диссертационной работы докладывались и обсуждались на:

- научных семинарах и технических совещаниях Института электронных управляющих машин в период 2001 - 2004 гг.;

- третьей научно-практической конференции «Современные информационные технологии в управлении и образовании», Москва, Федералыюе государственное унитарное предприятие НИИ «Восход», ноябрь 2002 г.;

- научной сессии Московского инженерно-физического института (государственного университета) МИФИ - 2003 на секции «Компьютерные системы и технологии», январь 2003 г.

Разработки демонстрировались на:

- 13-й Международной выставке КОМТЕК 2002, 23 - 26 апреля 2002 г. в Москве;

- Международной специализированной выставке современных информационных технологий автоматизации «ИНТЕРТЕХ САЛОН -2002» 5-8 июня 2002 г. в Москве;

- выставке информационных технологий SOFTOOL'2002 в сентябре

2002 г. в Москве;

- Международной выставке КОМТЕК 2003, в апреле 2003 г. в Москве;

- выставке информационных технологий SOFTOOL'2003 в октябре

2003 г. в Москве.

Разработки отмечены Дипломами за достижения в области информационных технологий: разработку, организацию производства и внедрение СМ ЭВМ.

Заключение диссертации по теме «Вычислительные машины и системы», Котов, Николай Алексеевич

Выводы по главе 4.

1. Разработан проект автоматизированной системы контроля энергоресурсов с использованием технических и программных средств СМ 193х и СМ 1820 М. Аналогичный подход может быть использован при автоматизации контроля всех ресурсов предприятия (тепла, дизтоплива, газа и др.).

2. Рассмотрены технические аспекты проекта медицинской информационной системы с использованием компьютеров моделей СМ 193х на примере информатизации Медицинского центра им. Бакулева. Рассмотрен пример автоматизированного рабочего места для диагностики кардиологических и сосудистых заболеваний на базе ПК модели СМ 1932.

3. Примеры применения разработанных моделей СМ ЭВМ показывают, что разнообразные функциональные возможности и широкая номенклатура вычислительных средств позволяет использовать СМ ЭВМ практически в любой автоматизированной системе, сосредоточив все специфические особенности в функциональных алгоритмах и программах.

Заключение

В итоге проведенных исследований и разработок, направленных на совершенствование компьютеров СМ ЭВМ для автоматизированных систем управления получены следующие основные результаты:

1. Определены на основе преемственности технические принципы проектирования современных вычислительных средств СМ ЭВМ для автоматизированных систем управления.

2. Развиты принципы автоматизированного контроля параметров объектов различного класса, ориентированного на аппроксимирующие алгоритмы. Предложен оригинальный полиномиальный вычислительный алгоритм централизованного контроля параметров процессов удобный для сглаживания контролируемой функции в тех случаях, когда гладкая регулируемая функция имеет случайные отклонения. Предложенный алгоритм может найти применение для автоматизированного контроля в энергетике, медицине и других областях.

3. Разработан новый модельный ряд компьютеров серии СМ ЭВМ для построения интегрированных автоматизированных систем управления, в том числе самый миниатюрный отечественный персональный компьютер «СМ Мини» для специальных приложений, сочетающий в себе преимущества настольного ПК (производительность) и ноутбука (компактность, мобильность).

4. Разработаны методы контроля качества СМ ЭВМ, обеспечивающие сертификацию продукции на соответствие ISO 9000.

5. Предложена актуализированная к запросам современного рынка методика прогноза экономической конъюнктуры персональных компьютеров серии СМ ЭВМ, позволяющая оценивать спрос и планировать производство персональных компьютеров различных моделей. Разработан и реализован новый подход к формированию конфигурации СМ ЭВМ на этой основе.

6. Показаны результаты серийного освоения компьютеров серии СМ 193х и примеры их применения в автоматизированных системах управления (автоматизированная система контроля энергоресурсов предприятия, медицинская информационная система и др.). Даны соображения по выбору технических средств зарубежных фирм, целесообразных, с учетом преимуществ международного разделения труда в области вычислительной техники, к применению в автоматизированных системах совместно с СМ ЭВМ.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Котов, Николай Алексеевич, 2004 год

1. Управляющие вычислительные комплексы. / Прохоров H.JL, Егоров Г.А., Красовский В.Е. и др.: Под ред. Прохорова H.JI. М.: Финансы и статистика, 2003. - 352 с.

2. Зайцев А. Новый уровень интеграции систем управления производством. Современные технологии автоматизации, №1, 1997.

3. BASEstar Open. Introduction. Digital Equipment Corporation. Maynard, Massachusetts, March, 1997.

4. Корнеева А.И. Тенденции развития системной автоматизации технологических процессов. Приборы и системы управления. № 8, 1998.

5. М.А. Куперман. О некоторых тенденциях развития АСУТП. Промышленные контроллеры АСУ, № 3, 1999.

6. Прангишвили И.В., Амбарцумян А.А. Основы построения АСУ сложными технологическими процессами. М.: Энергоатомиздат, 1994.

7. Управляющие вычислительные машины в АСУ технологическими процессами. В 2-х т.: Под ред. Т. Харрисона; Пер. с англ. М.: Мир, т. 1, 1975. - 529 е., т. 2,1976. - 531 с.

8. Моросанов И.С., Гореликов Н.И. Котов Н.А. Вопросы проектирования современных управляющих вычислительных комплексов. Датчики и системы. № 3, 2003.

9. ERP-системы в России, http://www.erp/ru

10. Семейство программируемых промышленных контроллеров СМ1820М.ПК / В.В. Гревцев, Ю.П. Страшун, А.Н. Шкамарда и др. И Датчики и системы. № 1,2000.

11. СМ ЭВМ. Сетевые индустриальные контроллеры СИКОН. Микропроцессорные интеллектуальные контроллеры СМ9107. Рекламный проспект. -М.: ИНЭУМ, 2001. 21 с.

12. Управляющий вычислительный комплекс CM 1820М. Техническое описание. -М.: ИНЭУМ, 1998.

13. Шкамарда А.Н., Страшун Ю.П., Плахов JI.M. Программно-технические комплексы СМ1820М для создания систем автоматизации в промышленности. Датчики и системы, № 1, 2000.

14. СМ ЭВМ: комплексирование и применение. / Г.А. Егоров, В.В. Родионов, М.А. Островский и др.; Под ред. H.JI. Прохорова М.: Финансы и статистика, 1986. - 304 с.

15. Малые ЭВМ высокой производительности. Архитектура и программирование. / Зонис B.C., Егоров Г.А., Родионов В.В. и др.: Под ред. Прохорова H.JI. М.: Радио и связь, 1990. - 256 с.

16. Микро ЭВМ. Универсальные машины семейства СМ 1800. / Кабанов Н.Д., Шкамарда А.Н., Кравченко B.C. и др.: Под ред. Преснухина JI.H. -М.: Высш. шк. 1988. 158 с.

17. Дубовик Е.А., Котов H.A. Модульный принцип автоматизации производства. Промышленные АСУ и контроллеры, № 4, 1999.

18. Прохоров H.JL, Шкамарда А.Н., Нифонтов Ю.В. Новое семейство управляющих вычислительных комплексов СМ1820М. Датчики и системы. № 1,2000.

19. Гореликов Н.И., Котов H.A. К вопросу формирования рынка ПК в России. Датчики и системы. № 3, 2003.

20. Gfk Monitoring Group. Отчет по реализации персональных компьютеров в Москве. 2001 2003.

21. Агентство «Мобиле». Московская розница. Электроника. 2002 2003.

22. ITResearch. Мониторинг продаж ПК на российском рынке. 2002 2003.

23. Мониторинг продаж. Внутренние отчеты фирмы «Велес дата. Компьютерный центр» 2002 - 2003.24. Тесты www.ixbt.com.

24. Тесты www.tomshardware.com.26. Тесты www.fcenter.ru.

25. Шпунт Я., Сазонов С. Покупаем корпоративный ПК. Сетевой журнал, № 11,2002.

26. Ахиезер Н.И. Лекции по теории аппроксимации. Наука, 1965. 403 с.

27. Вулих Б.З. Введение в функциональный анализ. Наука, 1967. 411 с.

28. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике (для научных работников и инженеров). М.: Наука, 1974.

29. Гутер P.C., Овчинский Б.В. Элементы численного анализа и математической обработки результатов опыта. Наука, 1970.

30. Котов H.A. Системы автоматизации на базе СМ ЭВМ. RM MAGAZINE, №5,2001.

31. Котов H.A. Компьютеры СМ ЭВМ для АСУ ТП. Промышленные АСУ и контроллеры, № 11, 2001.

32. Дубовик Е.А., Котов H.A. Специальные средства автоматизация производства. Промышленные АСУ и контроллеры, № 3, 2000.

33. Гусев С.А. История развития промышленных сетей. Приборы и системы. • Управление. Контроль. Диагностика., № 2, 2001.

34. Персональные компьютеры серии CM 193Х. Рекламный проспект. М.: ИНЭУМ - BEJIEC - DATA, 2002.

35. Котов H.A., Шульгин Д.П. СМ ЭВМ для создания единой информационной среды предприятия. Научно-практическая конференция «Современные информационные технологии в управлении и образовании», сборник трудов. М.: ФГУП НИИ «Восход», МИРЭА, 2002.

36. Котов H.A. Шульгин Д.П. Новый модельный ряд компьютеров серии СМ 193Х. Научная сессия МИФИ 2003., Сборник научных трудов, том 12 «Информатика и процессы управления. Компьютерные системы и технологии». - М.: МИФИ, 2003.

37. Котов H.A. Новый ряд компьютеров серии CM 193Х. Датчики и системы. № 3, 2003.

38. В. Митин. ПК в алюминиевом корпусе. PC Week / RE, № 37, 8 окт., 2002.

39. Королев A.C., Котов H.A., Олейников А .Я. Об автоматизации проектирования профилей открытых систем. Информационные технологии и вы* числительные системы. № 3,. 2003.

40. Кондратьев И. Наш самый маленький ПК. Компания «Велес дата» представила миниатюрный компьютер. Computer world. 15 апреля 2003.

41. Дубовик Е.А., Котов H.A. Ориентация в SCADA-системах. Промышленные АСУ и контроллеры, № 7,2000.

42. Дубовик Е.А., Котов H.A. Промышленные интерфейсы. Промышленные АСУ и контроллеры, № 5, 1999.

43. Дубовик Е.А., Котов H.A. Выбор SCADA-систем. RM MAGAZINE, № 6, 2000.

44. Котов H.A. Промышленные компьютеры. Автоматизация в промышленности, янв., 2003.

45. Дубовик Е.А., Егоров Г.А., Зимин В.А. Вопросы построения измерительно-информационных систем на базе СМ ЭВМ. Приборы и системы управления. № 12, 1997.

46. Котов H.A. Автоматизированные системы на базе СМ ЭВМ. Автоматизация в промышленности, май,. 2003.

47. Прохоров H.JL, Белоногов А.Д., Скрипников Д.А. Построение систем автоматизированного управления подготовкой газа на станциях подземного хранения газа. Экономика и производство, №1. 2000.

48. Дубовик Е.А., Котов H.A. Автоматизация учета основных компонентов производства. Промышленные АСУ и контроллеры, № 9, 2000.

49. В.А. Лищук, А.И. Данилевич, A.B. Гаврилов и др. Об инфраструктуре информационной поддержки клинической медицины. Медицинская техника №3,2003.

50. Бокерия Л.А., Викторов В.А., Лищук В.А. и др. // Всероссийская научная конференция «Медицинская информатика накануне XXI века» (Санкт-Петербург 27 29 мая 1997): Тезисы докладов. - СПб. 1999. -4.1 - с. 12-13.

51. Прохоров Н.Л., Гревцев В.В., Нифонтов Ю.В., Шкамарда А.Н. Управляющие вычислительные комплексы. Информационные технологии и вычислительные системы. № 1, 2001.

52. Плахов Л.М., Шкамарда А.Н., Нифонтов Ю.В. Системные применения программно-технических комплексов СМ1820М. Датчики и системы. №1, 2000.

53. Гореликов Н.И., Котов H.A.,, Лебедев Д.П. Система менеджмента качества образ жизни современной фирмы. Датчики и системы, № 3, 2004.

54. Все необходимое для инструментальных, бортовых и встроенных систем управления, контроля и сбора данных. Каталог ProSoft.

55. Горденко Е.К., Лукьяница A.A. Искусственные нейронные сети. Основные определения и модели. Техническая кибернетика, № 5, 1994.

56. Галушкин А.И. Теория нейронных сетей. Кн. 1. М.: ИПРЖР, 2000, 415 с.

57. Скурихин А. Генетические алгоритмы. Новости искусственного интеллекта, № 4, 1995.

58. Пройдаков Э., Теплицкий Л. Англо-русский толковый словарь по вычислительной технике, Интернету и программированию. М.: Русская редакция, 2002.

59. Гейн К., Сарсон Т. Системный структурный анализ: средства и методы. Пер. с англ.- М.: Эйтекс, 1992.

60. Калянов Г.Н. CASE: структурный системный анализ (автоматизация и применение). М. ЛОРИ, 1996.

61. Голенко Д.И. Статистические методы в управлении производством. М., "Статистика", 1973.

62. ГОСТ Р 51814.3-2001 Системы качества в автомобилестроении. Методы статистического управления процессами. ИПК издательство стандартов, Москва, 2001.

63. ГОСТ Р 50779.43-99 Статистические методы. Приемочные контрольные карты. ИПК издательство стандартов, Москва, 2000.

64. Маклаков C.B. BPwin и ERwin. CASE-средства разработки информационных систем. Москва, "ДИАЛОГ-МИФИ", 1999.

65. Дэвид А. Марка и Клемент JI. МакГоуэн. SADT. Методология структурного анализа и проектирования. Москва, МетаТехнология, 1993.

66. Система качества. Стандарт компании. СТК ОК 01-01-2002. «Велес-Дата компьютерный центр», М., 2002.

67. Список основных сокращений ^

68. AGP (Accelerated Graphics — ускоренный графический порт, интер-Port) фейс для подключения видеокарты

69. AMR (Audio/Modem Riser) — интерфейс поддерживающий как аудиосигналы, так и модем

70. ATA (AT Attachment) — интерфейс и протокол доступа к жесткимдискам, более известный под названием IDE

71. BIOS (Basic Input/Output — базовая система ввода-вывода System)

72. CPU (Central Processing — центральный процессор, ЦПУ Unit)

73. DDR RAM (Düble Data Rate Random Access Memory)

74. ОЗУ с удвоенной скоростью обращения

75. DIMM (Dual In-line Memory — модуль памяти с двухрядным располо1. Module) жением микросхем

76. DRAM (Dynamic RAM) — динамическое ОЗУ

77. ЕСС (Error-Correcting Code) — код с исправлением ошибки

78. HCL (Hardware Compatibility — список совместного оборудования List)см. 63.1. HDD (Hard Disk Drive)

79. A (Industry Standard Architecture)1. KB/Mouse

80. N (Local Area Network) LCD (Liquid Crystal Display) LPT Port (Line printer)

81. PCI (Peripheral Component Interconnection)1. PS/2

82. RAID (Redundant Array of Inexpensive)1. RJ45

83. SCSI (Small Computer System Interface)

84. SQL (Structured Query Language)